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米乐球彩:新型电力系统内涵解读:总框架与运行形态丨新型电力系统研究

来源:米乐足球平台 作者:米乐滚球    更新: 2022-08-11 10:42:25    字体:

  2021年3月15日,中央财经委员会第九次会议中指出,“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期,要构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。

  新型电力系统是什么?为什么要建设新型电力系统?建成新型电力系统有何意义?本篇,中大咨询将简要介绍新型电力系统建设的背景以及意义,通过搭建新型电力系统总框架,描绘新型电力系统运行形态,对新型电力系统进行内涵解读。

  2014年6月13日,习在中央财经领导小组第六次会议上明确提出了“四个革命、一个合作”的重大能源战略思想。中国能源需求的压力巨大,能源供给的制约较多,能源技术水平总体落后,能源生产和消费对生态环境损害严重。为解决这些弊端,习提出控制不合理消费、建立多元供给体系、推动技术升级、能源体制改革和推动能源国际合作“四个革命、一个合作”。

  2020年,我国向国际社会正式提出碳达峰碳中和目标,构建新型电力系统将有效实现可再生能源较快替代化石能源,有效实现新能源在一次能源生产和消费中占更大份额,有效推动能源绿色发展。通过新型电力系统的建设,将有力促进经济社会全面绿色转型,构建以新能源为主体的新型电力系统,对全面贯彻“四个革命、一个合作”能源安全新战略具有重大意义。

  电力行业是碳排放占比最大的行业[1],据国家能源局统计,2020年我国能源消费产生的二氧化碳排放量占总排放量的88%左右,电力行业占能源二氧化碳排放总量的42.5%左右。电能终端消费比重也正不断提升,2019年达到27%(见图1),根据中国电力企业联合会发布的《中国电力行业年度发展报告2020》,预计到2035年这一指标将超过38%。

  图 1 2015-2019年我国电能占终端能源消费比重。资料来源:国家能源局

  根据能源基金会《五项策略实现中国2060年碳中和目标》研究, “电力部门脱碳”和“终端用能部门电气化”是两个重要策略[2](见表1)。

  目前“3060目标”已被纳入“十四五”规划建议,中央经济工作会议也首次将做好碳达峰、碳中和工作列为年度重点任务之一。作为排碳的“老大哥”,电力行业的技术革命必不可少。因此,构建新型电力系统在促进碳达峰、碳中和实现的工作中担负着艰巨的使命。

  新型电力系统提出以后,业内龙头企业、专家纷纷对其内涵进行了探索性解读。南方电网从绿色高效、柔性开放、数字赋能三个方面解读新型电力系统的特征和内涵[3];中国工程院院士舒印彪认为,新型电力系统特征包括广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控四个方面[4];国网董事长辛保安认为,新型电力系统需要五个方面的突破,一是创新电网发展方式,二是增强系统调节能力,三是技术攻关,四是满足多元化用能需求,五是凝聚行业发展合力,共同推动新型电力系统向高度数字化、清洁化、智慧化的方向演进[5];中国发展院院长王彤认为,新型电力系统通过数字化技术,打通源网荷储各环节信息,实现“全面可观、精确可测、高度可控”,有效聚合海量可调节资源支撑实时动态响应[6]。

  由此可见,当前行业内对新型电力系统的定义和发展方向仍在探索中,定义或从特征出发,或从能力出发,但均未对新型电力系统的内涵进行全面解构。本次,中大咨询在综合行业内专家观点的基础上,结合深耕能源行业多年的丰富经验,描画了新型电力系统总框架图,框架图分为发展目标、关键要素、系统环节、形态特征和实施要素五大模块(详见图2)。中大咨询认为,新型电力系统是以新能源为主体,以创新为根本驱动力、以数智化为关键手段的新一代电力系统,它通过推动电力生产、传输、消费、储蓄各环节的电力流、信息流、价值流融会贯通和综合调配,建成绿色低碳、安全可控、经济高效、柔性开放、数字赋能的电力系统。

  在新型电力系统总框架图之下,进一步对新型电力系统三大关键要素、四大系统环节的内涵及相互关系进行细化解剖,形成新型电力系统运行形态(详见图3)。新型电力系统以新能源为主体,并以其五大主体特征体现其主体性;新型电力系统以创新为根本驱动力,包括技术创新、商业模式创新、管理创新和服务创新,其中,技术创新是核心驱动力;新型电力系统以数智化为关键手段,通过数据生产要素,夯实数字化基础、提升数据生产力、实现数据支持业务,推进数字产业化和产业数字化。

  传统电力系统由“源网荷”组成,为了清洁电力利用率,平滑清洁电力的间歇性和波动性,稳定电源供应,储能成为关键,传统的“源网荷”电力系统演变为“源网荷储”新型电力系统。源网荷储是新型电力系统的典型环节,通过电力流、信息流、价值流有效融通流动,实现“思维互动”,是新型电力系统的建成体现。

  当前国家能源安全形势日趋严峻,我国能源结构仍然以煤炭和化石能源为主,仅煤炭单项消耗约占能源消耗总量的58%(见图4),2020年我国石油、天然气对外依存度达73%和43%。构建以新能源为主体的新型电力系统,是降低传统化石能源占比、调整能源结构的一项关键任务。

  在政策和技术的加持下,新能源发电得到良好发展。2017-2020年我国新能源发电装机容量及占比不断提升,2020年累计装机容量达9.81亿千瓦(详见图5)。2020年,我国陆上风电、光伏发电装机规模均位列世界第一,海上风电居世界第二,带动了新能源相关技术和产业快速发展。再对比全球新能源发展,2019年全球风机制造商前15强中,有8家中国企业。从2019年全球光伏企业的营业收入统计情况来看,中国企业占据前10名中的7个席位。得益于如此巨大规模的产业规模,我国企业在新能源开发上保持着先发优势。

  随着新能源大规模开发、高比例并网,并逐步取代煤电成为电力供应的主体,必然将大幅度降低碳排放量。构建新能源为主体的新型电力系统成为推动实现碳达峰、碳中和的重要手段。

  双高,即高比例可再生能源接入与高比例电力电子设备应用。“双碳”目标要求下,未来10年我国年均新增风、光发电装机容量需不少于7500万千瓦。伴随可再生能源的发展,大量风电、光伏电力电子变换器将接入电网,例如直驱式风电机组变流器、光伏电站和分布式光伏逆变器等[7]。高比例可再生能源主要是具有随机性、波动性、间歇性的新能源,需要提高预测能力、加强电网建设、提高调节能力、提升智能化水平;高比例电力电子设备极大改变了电力系统内部电气特征,需要提高新能源并网要求、更新电力系统控制与保护等二次设备、升级电网调度体系[8]。双高特点使得电力系统的随机扰动性、对网络信息系统的依赖性明显增强,系统可控性降低,安全风险进一步增加。

  新型电力系统在建设过程中,可以通过大数据、人工智能等数字化、智能化手段,破解电力系统“双高的问题”。在规划阶段,充分考虑多维复杂因素,与实际模型相结合,提升规划的科学性;在运行阶段,基于数据分析技术,提高新能源电站的“可观、可测、可控”水平,在提高新能源消纳能力的同时,解决电力系统电力平衡的问题;在电网控制方面,通过数字化、智能化手段,提高保护、自动化设备对低惯量系统的适应性,解决大量电子设备带来的稳定控制隐患[9]。新兴数字技术将深入渗透、影响新型电力系统建设,数字技术将“赋能”新型电力系统精准规划、高效运营,有效解决“双高”问题。

  实现“双碳”目标,能源是主战场,电力是主力军。构建以新能源为主的新型电力系统是推动能源清洁低碳转型,助力碳达峰、碳中和的关键举措。中大咨询在行业专家的理解基础上,进一步挖掘解析新型电力系统的内涵,提出新型电力系统总框架与运行形态。下期,中大咨询将基于新型电力系统运行形态,进一步介绍新型电力系统以新能源为主体、以数智化为关键手段和以创新为根本驱动力的三大关键要素,敬请期待!


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